专利名称：微分相位探测器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种微分相位探测器。更确切地说，所述发明涉及全数字实现的微分相位探测器、用于该微分相位探测器的内插器、以及使用该微分相位探测器以读自和/或写至记录介质的设备。
为了多功能数字光盘(DVD)的重放，来自四个光电探测器的信号A、B、C和D在唱机的前端被恢复。这些信号用于高频主要射束求和信号(A+B+C+D)即数据信号(HF)的产生，也用于微分相位探测(DPD)。使用数据信号HF足以探测轨道上的岸台与凹坑。因为在数字域中处理数据信号，所以通过适当的模拟数字转换器(ADC)以高速将其数字化。
需要来自光电探测器的四个分离的信号A、B、C和D，以正确地跟踪伺服控制器，其产生循迹误差信号。一般地，采用微分相位探测以产生循迹误差信号。这项技术基于来自光电探测器的信号A、B、C和D之间相差的测量。通过考虑信号边缘之间的时间差，求得相差值。
可以采用几种技术以探测微分相位。如果采用混合的模拟数字方法，在一些模拟处理之后，比较器通常足以构建数字化的二电平(two-level)信号。无需额外的模拟数字转换器以探测微分相位。
图1描述了该方法。所述电路的数字部分测量所采样的数字信号变换之间的时钟周期，该信号通过在模拟部分利用高速比较器以探测信号变换超出或低于确定阈值而获得。实际上可以认为该比较器是一个1位高速模拟数字转换器。由于噪声该比较器可能轻易地转换。因此，它是关键部件；并且为了避免错误的变换，需要逆着噪声适当地调整它的滞后作用。这个方法的另一限制是为了时间延迟的精密测量需要高的时钟频率。在US5956304中所公开的解决方案利用相关性以抑制噪声并且逆着采样时钟有限的时间分辨率以增加循迹误差信号的分辨率。
在图2中所描述的EP1058244所公开的不同的解决方案，考虑利用适当的状态机以抑制错误的变换。该项解决方案仍然需要专门的相位测量装置(PM)以测量在数字时钟周期内的信号边缘的相位(与图2中的PM单元比较)。利用相位信息，相位比较器的分辨率变得高于时钟周期。模拟前端包含均衡器和比较器，其利用来自限幅电平发生器的阈值(限幅电平)来数字化四个信号。相位测量单元采样输入的二电平信号，并且求出在时钟周期内的相位边缘值。相位比较器接收来自相位测量单元的关于边缘精确位置的数字信息，并且利用已经提及的状态机以测量在成对输入信号之间的相差。输出滤波器内插相差的测量值以平滑零值，当没有用于相位测量的边缘时在时钟周期中插入该零值。限幅电平发生器是数字装置，其利用上述边缘信息来设置比较器的电平至合适值。然后依靠适当的数字模拟转换器，将限幅电平转换至模拟前端中的模拟域。
另一方面，如果实现全数字方法，则使来自四个探测器的分离信号A、B、C和D数字化，并且需要四个模拟数字转换器。因为求和以产生数据信号HF可以在数字域中通过求和四个经数字化的信号A、B、C和D来实现，所以不再需要上述的关于数据信号HF的模拟数字转换器。图3和图5示出这种解决方案。
本发明的一个目的是提出关于全数字微分相位探测的进一步解决方案。
依照本发明，在四倍高的速度下利用单一模拟数字转换器代替了利用四个模拟数字转换器，如图6所示。然而问题出现该模拟数字转换器在不同时刻采样四个信号。因而发生的信号之间的相移对于数据信号HF的构建和对于微分相位探测的相差的正确计算有严重后果。为了补偿通道的不同相移，需要内插以产生与四个信号同步的新样本。以模拟数字转换器采样速度的一半需要这些样本。
为了重新构建同步样本，利用关于每一个信号的众所周知的多相图，存在平凡解，其以有效率的方式实现内插，上采样信号至模拟数字转换器的速度。图7描述了这项解决方案。而且考虑到必需的采样速度，以因子二分样样本。显然内插计算在分样器中被抑制的值。因此更有效率的多相图是理想的。
本发明的再一个目的是提出新的多相结构。
当输出的分样因子是N的整数除数时，依照本发明的多相结构补偿具有N通道的经多路复用的源的相移。这个新结构是普遍有效的，并且最大效率地解决了这个问题。
在例示性实施例中，所述结构应用于DVD重放的情形，其中产生四个信号并且需要输出分样。
为了更好地理解本发明，在下述说明中参考附图详细说明一个例示性实施例。理所当然地，本发明不局限于这个例示性实施例，并且也可方便地不离开本发明的范围组合和/或改进详细说明的特征。在附图中图1示出关于微分相位探测的混合的模拟数字方法；图2示出关于微分相位探测的进一步混合的模拟数字方法；图3描述关于一条通道的微分相位探测的模拟数字转换器和数字前端；图4示出由线性内插和理想内插导致的失真比较；图5描述微分相位探测器和数据信号产生的全数字实现；图6示出利用多路复用器的微分相位探测器和数据信号产生的全数字实现；图7示出三步骤的多相实现；图8描述具有减少的内存需求的三步骤的多相实现；图9示出依照本发明的关于具有四条通道的经多路复用的源的相位补偿的多相图；图10描述忽略处理延迟的理想内插的时序图；图11描述考虑处理延迟的内插的时序图；图12示出关于四条通道以及分样因子为1的多相图；图13示出关于四条通道以及分样因子为4的多相图；以及图14示出关于八条通道以及分样因子为4的多相图；为微分相位探测，数字化四个信号A、B、C和D，并且也在数字域中测量信号边缘，其允许避免模拟比较器。数字比较器非常简单，因为它足以提取输入的两个信号之间的输出微分的符号位。无需数字模拟转换器，它们直接接收来自限幅电平发生器的数字电平。微分相位探测器的前端是全数字的。它包含比较器、限幅电平发生器和相位测量。图3示出这样的一条通道的数字前端。
通过利用相邻样本的完整幅值，将时间分辨率增加至采样时钟之上，以计算变换的精确时间。仅当信号改变符号时测量相位。异或门找到输入信号的边缘，因而发生的使能信号启动相位计算。
相位计算的第一级近似值是
其中χnew是在零交叉之后的信号值，χold是在零交叉之前的信号值，以及Nph是在时钟周期内的相位电平数量。上述的相位计算意味着如图4所描述的线性内插。
线性内插不是理想的内插，因为它产生内插后的信号的线性失真。该失真等同于信号频谱高频部分的衰减。然而由均衡器通过增加高频可以补偿该失真。
关于图5所示出的微分相位探测器，并行地四次利用上述的前端，一个前端用于来自探测器的每一个信号。利用与用于微分相位探测器同样的模拟数字转换器产生数据信号HF。然后在数字域中添加四个信号A、B、C、D。
考虑到超高速模拟数字转换器的可用性，可以以四倍高的采样速度(FMUX_ADC＝4×FADC)利用单一的模拟数字转换器代替四个采样速度为FADC的模拟数字转换器，同时在模拟数字转换器之前多路复用模拟域中的四个信号。这种方法在图6中描述。既然模拟数字转换器在不同的时刻采样四个信号，所以不得不补偿因而发生的相移。这由内插四个信号来完成。否则在相位测量和数据信号HF产生之前添加无法接受的误差。
为了上述方法，需要新的部件，分路器/内插器。该部件具有下列功能-分离四个信号，-通过高速地内插信号来补偿采样时钟的相移，以及-使输出采样速度FOUT配合由微分相位探测器所需要的并且关于接下来的数据信号HF的处理的采样速度。
在微分相位探测器的输入具有高采样速度是有利的，否则补偿由线性内插所导致的失真变得更加困难。对于数据信号HF的产生来说，具有高采样速率也是有益的。一般地，等于模拟数字转换器采样速率一半的采样速度是足够的FOUT=FMUX_ADC2]]>从而，需要以模拟数字转换器一半的采样速度的内插器输出的样本。为了产生同步输出样本，分路器/内插器在三个步骤中应用上述三种功能分成四路、内插四个，下采样至二。
分路器/内插器的实现不得不提供关于执行上述三个步骤的部件。因此图7所示出的分路器/内插器包含-以较低的速度(FMUX_ADC/4)分离四个信号的分路器，-以FMUX_ADC运行的四个等同的内插器，给每个信号一个，以通过对于内插利用众所周知的多相图上采样四个信号至四倍高的速度(FMUX_ADC)，-四个分样器没有任何过滤地下采样信号至一半的速度(FMUX_ADC/2)，因为前一级的内插滤波器足以避免混淆现象。
图7中，P0、P1、P2和P3是每一多相内插器的子滤波器。这些子滤波器是关于初始频谱周期重复的抑制的原型滤波器P的分样版本。
P0(n)＝P(4·n)，P0(n)＝P(4·n+1)，P0(n)＝P(4·n+2)，P0(n)＝P(4·n+3).
关于n＝1、...、Ns，其中Ns是每一子滤波器抽头的最大数量。可以使在多相内插器中的子滤波器的内在延迟相互排成一列，从而形成单一的一个延迟。这样具有较少延迟数量的等效电路可以实现，其在图8中描述。部件PC0、PC1、PC2、PC3(PC表示多相计算)仅仅包含上述子滤波器的计算功能。延迟从子滤波器被转移到单一的延迟部件中，在其输出端提供Ns个输入信号的延迟版本，其中Ns是每一子滤波器抽头的最大数量。向每一子滤波器计算装置的输入馈入这些Ns个信号。计算装置既包含关于子滤波器系数的多路复用器，又包含求和功能。它们以较低的速度(FMUX_ADC/4)运行，因为他们的每四次输出仅被多路复用器利用了其中的一次，该多路复用器以全速(FMUX_ADC)运行。
显然内插器计算分样器中所抑制的值。因此更有效率的多相图是理想的。这样的多相结构，其补偿四条通道的相移，在图9中示出。依照本发明，所述结构合并分路器、内插滤波器和分样器，从而避免计算分样器中所抛弃的样本。该图以四个输出信号的速度运行，并且在关于成对通道的时分多路复用中充分发挥多相路径的利用，其避免多相路径的复制。每一多相路径以输出信号的速度(FMUX_ADC/2)运行。每一延迟部件合并一对先前部件，输出是被交织的；它们全都具有双倍长度(2·Ns)以及以双倍速度(FMUX_ADC/2)运行。这个结构的一个优势是较少资源的利用。与先前图8的结构比较，事实上计算装置(PC)的数量减少了四分之一。与已知结构比较，有两个理由解释因子4-以双倍速度利用计算装置，以及-计算装置不计算那一半的值，其由子采样抑制。
第一点也可以利用其他图获得，它提供第一因子2。第二点是更重要的并且是该图效率的特征，进一步提供因子2。从而全部缩减量因子是4。
为了解释这个新图，考虑图10中所示的定时波形是有用的。在这幅图中忽略关于处理的延迟，为此所计算的样本被分配至应该需要它们的时间位置中。
来自模拟数字转换器的样本(ADC输出数据)达到采样率FMUX_ADC°利用更小的分路器，而不是分离四个信号的分路器。在多路复用器的输出(DEMUX输出AC)端，来自光电探测器中的两个的数据(数据A和C)仍然是组合的。关于来自剩余两个光电探测器的数据(数据B和D)同样如此(DEMUX输出BD)。假定没有延迟，理想的分路器将精确地在它们最初所在处分配输出样本(DEMUX输出AC和DEMUX输出BD)。需要以FMUX_ADC/2的速度关于四条通道的新输出值。在A1、C1、A2、C2...的时刻计算这些值。例如，假定一个九抽头的原型滤波器，其在C2的时刻为P0子滤波器产生三个抽头以及为其它的子滤波器产生两个抽头-多相计算装置PC0计算C123。粗体2代表中间系数的较高值，其相当于输入值C2，-多相计算装置PC2计算A23。
-多相计算装置PC1计算B23。粗体2代表相当于输入值B2系数的较高值，其更接近于B23所需要的时刻，-多相计算装置PC3计算D12。粗体2代表相当于输入值D2系数的较高值，其更接近于D12所需要的时刻。在时间多路复用的时刻，所有多相计算装置需要来自延迟的经交织的样本来提取一条通道的唯一样本。四个经计算的值通过四个输出多路复用器。在接下来相当于A3的时刻，A通道需要多相计算装置PC0，并且C通道需要多相计算装置PC2。如果在时间多路复用中，在计算装置的输入端接收A和C通道，可以避免加倍的计算装置。对于B和D通道同样如此。因此输入分路器分离两个信号而不是四个。而且在相当于D2和B3的时刻不需要计算经内插的值。在图8所示的结构中经内插的值被计算并且被抑制。在图9所示的结构中避免了这个多余的计算。
当然图10所代表的理想情形，其目的是说明适当的内插；因为它利用尚未可用的输入值，所以不是因果关系的。图11所描述的现实情形，其中用时钟FMUX_ADC/2同步所有信号。从而延迟和同步分路器的两个输出。PC0输出和PC2输出被延迟了两个额外的时钟周期，因为C3对于C123的计算务必是可用的。与先前的图10中一样，为PC0输出和PC2输出需要一个额外的时钟周期延迟以保证A和C的输出样本与B和D的值同步。上面所有延迟都包含在延迟中，其由图9所示中的方块图所代表。
上述的图可以扩展到其他应用，其中通常经多路复用的源中的通道数量不是4而是N；以及子采样因子不是2而是D，并且D是N的整数除数。两个简单的D＝1和D＝N的情形在图12和图13中展示，假定N＝4。另一个N＝8和D＝4的情形在图14中介绍。
结论-多相计算装置的数量总是等于N，-输入分路器以S＝D分离S个信号；依照子采样因子D，这些信号中的每一个具有与所请求的输出速度相同的采样速度，-延迟部件的数量是S，-输出多路复用器的数量等于输入时间多路复用中的通道数量；多路复用器中的每一个以I＝N/D挑选输入的某一数量I(当然当N＝D时不再需要多路复用器)。
上述考虑足以设计关于任何N和D情形的分路器/内插器。
权利要求
1.一种组合的分路器和内插器，其特征在于其接收N个信号的时间多路复用，以及在于其以所述时间多路复用速度的1/D倍产生N条通道，其中D是N的整数除数。
2.如权利要求1所述的组合的分路器和内插器，其特征在于其接收四个信号的时间多路复用，以及在于其以所述时间多路复用速度的一半产生四条通道。
3.一种用于从四个光电探测器的数字化信号(A、B、C、D)产生循迹误差信号的微分相位探测器，包含用于将所述数字化信号(A、B、C、D)进行时间多路复用的多路复用器，其特征在于其包含用于将来自所述经时间多路复用的数字化信号(A、B、C、D)的样本同步的分路器/内插器。
4.如权利要求3所述的微分相位探测器，其特征在于其包含用于将所述分路器/内插器的同步化样本求和以产生数据信号(HF)的求和部件。
5.如权利要求3或4所述的微分相位探测器，还包含用于补偿由所述内插所导致的高信号频率衰减的部件。
6.如权利要求3至5中之一所述的微分相位探测器，其特征在于所述分路器/内插器接收N个信号的时间多路复用，以及在于其以所述时间多路复用速度的1/D倍产生N条通道，其中D是N的整数除数。
7.如权利要求6所述的微分相位探测器，其特征在于所述分路器/内插器接收四个信号的时间多路复用，以及在于其以所述时间多路复用速度的一半产生四条通道。
8.一种组合的分路和内插的方法，包含步骤-接收N个信号的时间多路复用，以及-以所述时间多路复用速度的1/D倍产生N条通道，其中D是N的整数除数。
9.一种关于微分相位探测的方法，包含步骤-将四个光电探测器的输出信号(A、B、C和D)数字化，-将所述数字化信号(A、B、C、D)进行时间多路复用，-用分路器/内插器将来自所述经时间多路复用的数字化信号(A、B、C、D)的样本同步，以及-从所述数字化和同步的信号(A、B、C、D)产生循迹误差信号。
10.一种用于读自和/或写至光学记录介质的设备，其特征在于其包含如权利要求3至7中之一所述的微分相位探测器，或者执行如权利要求9所述的微分相位探测的方法。
全文摘要
本发明涉及微分相位探测器的全数字实现以及关于这样的微分相位探测器的内插器。依照本发明，具有用于将数字化信号(A、B、C、D)进行时间多路复用的多路复用器，用于从四个光电探测器的数字化信号(A、B、C、D)产生循迹误差信号的微分相位探测器，包含用于将来自经时间多路复用的数字化信号(A、B、C、D)的样本同步的分路器/内插器。分路器/内插器顺利地接收四个信号时间多路复用，以及以时间多路复用速度的一半产生四条通道。
文档编号G11B7/09GK1875409SQ200480032021
公开日2006年12月6日 申请日期2004年10月16日 优先权日2003年10月30日
发明者皮尔卢吉·洛马齐奥, 马滕·卡巴茨, 海因里希·谢曼 申请人:汤姆森特许公司